Anwendungen

Luft- und Raumfahrt und Verteidigung

Formulierung, Vorbereitung und Anwendung von Materialien für Luft- und Raumfahrt und Verteidigung

Der Luft- und Raumfahrt- sowie der Verteidigungsmarkt stellen mit die höchsten Anforderungen an die Leistungsfähigkeit von Materialien in allen Branchen. Es besteht das ständige Ziel, leichtere und gleichzeitig stärkere Teile zu produzieren, die gleichzeitig ein angemessenes Maß an Robustheit aufweisen, um selbst in den extremsten Umgebungen ihre Aufgabe zu erfüllen. Dies hat zur Entwicklung und Einführung vieler fortschrittlicher Materialien geführt, wie z. B. speziell formulierte Epoxide, Silikone, Urethane, Farben und Beschichtungen, Keramik und sogar Materialien für das Wärmemanagement. 

Epoxidharze werden in der Luft- und Raumfahrt häufig als Klebstoffe, Spaltfüller und flüssige Ausgleichsscheiben, Vergussmassen für die Elektronik, imprägnierte und vorimprägnierte (pre-preg) Fasern und sogar Beschichtungen verwendet. Sie werden oft bevorzugt, weil sie sehr vielseitig und einfach zu verarbeiten sind und sich schnell verarbeiten/aushärten lassen. Sie können mit einer niedrigen Viskosität für Anwendungen wie konforme Beschichtungen oder mit einer höheren Viskosität und sogar thixotropen Eigenschaften formuliert werden, wenn sie an Ort und Stelle bleiben und nicht "absacken" sollen, z. B. für abriebfeste Materialien. Epoxide können in Kartuschen oder Spritzen abgefüllt und extrudiert werden, um die Handhabung und Anwendung zu vereinfachen. Ihre Reaktion/Härtung kann häufig auch durch Wärme beschleunigt werden, um die Prozesszeiten weiter zu verkürzen.

  • Klebstoffe auf Epoxidharzbasis werden häufig anstelle von oder zusätzlich zu herkömmlichen Befestigungsmitteln verwendet. Sie bieten eine starke und dauerhafte Verbindung mit einer Vielzahl von Materialien wie Metallen, Keramik, Verbundwerkstoffen und Schaumstoffen. Sie können mit Rheologiemodifikatoren wie pyrogener Kieselsäure, Beflockung zur Verstärkung oder Perlen gemischt werden, um die Dicke des Klebstoffs zwischen den verklebten Oberflächen zu steuern. 
  • Um eine möglichst starke Verklebung zu erreichen, müssen die zu verklebenden Oberflächen durch Reinigen und manchmal Aufrauen vorbereitet werden, die Epoxidkomponenten und -additive müssen im richtigen, vom Hersteller angegebenen Verhältnis abgewogen und das System gründlich gemischt werden. Häufig wird auch eine Vakuumentgasung durchgeführt, um Blasen, gelöste Gase oder flüchtige Bestandteile zu entfernen, die sonst Hohlräume bilden oder ausgasen könnten. Nach dem Mischen beginnt das Epoxidharz zu reagieren und muss innerhalb der "Verarbeitungszeit" aufgetragen werden, bevor es zu gelieren oder auszuhärten beginnt. Die Klebstoffe können oft in Kartuschen verpackt werden, um die Anwendung zu erleichtern und zu beschleunigen, so dass fast das gesamte Material innerhalb der Verarbeitungszeit verwendet werden kann und der Abfall minimiert wird. 
  • Ohne Epoxid-Vergussmassen wären viele elektronische Geräte wesentlich empfindlicher. Diese Materialien werden über empfindliche Komponenten gegossen und an Ort und Stelle ausgehärtet, um das System robuster zu machen. Das ausgehärtete Epoxidharz bildet eine hermetische Versiegelung, die Korrosion verhindert, elektrische Komponenten isoliert und die Komponenten widerstandsfähiger gegen Vibrationen und Stöße macht. 

  • Vergussmassen müssen im richtigen Verhältnis abgewogen, gründlich gemischt und in der Regel unter Vakuum entgast werden, um die besten Eigenschaften zu erzielen. In extremen Fällen kann es hilfreich sein, das Epoxidharz unter Vakuum aufzutragen. Zusätzlich oder alternativ können vergossene Bauteile nach dem Auftragen des Epoxidharzes entgast werden, um während des Auftragens entstandene Blasen/Hohlräume zu entfernen. 
  • Materialien auf Epoxidharzbasis eignen sich gut als Lückenfüller, da sie in nahezu jede Größe/Form gefüllt werden können. Sie können so formuliert werden, dass sie vollständig fließfähig sind, so dass sie gegossen, gepumpt oder mit Vakuum an ihren Platz gezogen werden können. In einigen Fällen können Rheologiemodifikatoren wie kolloidales oder pyrogenes Siliziumdioxid und Verstärkungsmaterialien wie gemahlenes Glas oder Beflockung hinzugefügt werden, um die Durchbiegung zu verringern und/oder ein strukturierteres Material zu schaffen. In Fällen, in denen das Gewicht, die Bearbeitbarkeit oder die Schleifbarkeit eine größere Rolle spielen, können Mikrohohlglasballons hinzugefügt werden.

    • Fließfähige Materialien sollten im richtigen Verhältnis gründlich gemischt werden, um eine vollständige Aushärtung und optimale physikalische Eigenschaften zu gewährleisten. In einigen Fällen kann eine Vakuumentgasung erforderlich sein, insbesondere wenn das Material bei erhöhten Temperaturen ausgehärtet wird oder wenn das Material mit Vakuum in das Teil gezogen wird. 

    • Rheologiemodifikatoren und Beflockung können oft zum Zeitpunkt der Verwendung beigemischt oder vordispergiert werden. Wenn Modifikatoren verwendet werden, um ein hochviskoses System zum Zeitpunkt der Verwendung zu erzeugen, kann es hilfreich sein, die Additive zunächst nur in das Harz zu mischen, damit der Härter nach Abschluss der Dispersion zugegeben werden kann. Dadurch wird die Verarbeitungszeit maximiert. Pulver und Beflockung führen auch Luft und Hohlräume ein, so dass eine Vakuummischung oder Entgasung ebenfalls empfohlen wird, um optimale physikalische Eigenschaften zu erzielen. Harz und Härter können getrennt oder während des Mischens entgast werden, je nachdem, wie viel Entgasung erforderlich ist und wie lange das Material verarbeitet werden soll.

    • Glasmikroballons sind oft vordispergiert und schwimmen mit der Zeit oben auf/lösen sich ab. Wenn ein Material verwendet wird, das vordispergierte Mikroglaskugeln enthält, sollten die Komponenten entweder einzeln vorgemischt werden, bevor sie zusammengemischt werden, oder es sollte der gesamte Satz verwendet werden, um das richtige Mischungsverhältnis sicherzustellen. Wenn Glasmikrokugeln einem Epoxidharz bei der Verwendung zugesetzt werden, ist zu beachten, dass sie sehr zerbrechlich sind und zerbrechen können, wenn sie trocken sind. Sie sollten vorsichtig eingemischt werden, und sobald sie vollständig benetzt sind, kann ein aggressiverer Mischzyklus verwendet werden. Bei Systemen, die stark mit Mikroballons gefüllt sind, kann das Mischen unter Vakuum dazu beitragen, die effektive Viskosität während des Mischens zu senken, da sich die Gase ausdehnen und aus dem Material heraussprudeln. Eine vollständige Durchmischung kann dann in kürzerer Zeit mit einer weniger aggressiven Mischmethode erreicht werden, wodurch die Arbeitszeit maximiert wird. 
  • Mit Epoxidharz imprägnierte Fasern sind die Grundlage für viele der leistungsstärksten Strukturen, die heute in der Luft- und Raumfahrt und im Verteidigungsbereich eingesetzt werden. Materialien wie gewebte Kohlenstofffasern oder Kohlenstofffilamente können mit Epoxidharz imprägniert werden, indem das Harz unter Vakuum in die Fasern gezogen wird, oder sie werden zur leichteren Handhabung und Verlegung mit Epoxidharz vorimprägniert. 
    • Die Verwendung von Vakuum zum Imprägnieren von Fasern erfordert, dass die Fasern trocken ausgelegt werden. Die trockenen Fasern werden normalerweise in einen luftdichten Beutel gelegt. Mit Hilfe des Vakuums wird dann die Luft aus dem Beutel gesaugt und das vorgemischte Epoxidharz in den Beutel gegeben, wodurch die Fasern befeuchtet werden. 
    • Vorimprägnierte gewebte Fasern oder Filamente können mit einem Roboter-Schneidetisch in Form geschnitten werden, um ein einfaches Auflegen zu ermöglichen, oder direkt mit einem mechanischen Filamentwickler aufgebracht werden. Die Materialien werden häufig bis zur Verwendung gekühlt, um zu verhindern, dass das Epoxidharz reagiert/aushärtet, bevor das Material geschnitten und geformt wird. Nach dem Auflegen kann das Teil schnell in einem Ofen ausgehärtet werden. 

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